Acoustical estimation of fish distribution and abundance in two

Acoustical estimation of fish distribution and abundance in two

GAME, 25 kwietnia 2016
Acoustical estimation of fish distribution and abundance
in two Spitsbergen fjords
Joanna Szczucka
Łukasz Hoppe
Beata Schmidt
Dariusz Fey
Abstract
Intro
M&M
• survey design
• acoustic data acquisition
• data pre-processing
• algorithms (fish concentration, biomass concentration,
volume sampled, fish biomass,...)
Results
Discussion&Conclusions
Integration:
odśmiecanie
algorytm eliminacji planktonu
usuwanie „drugiego” dna
inspekcja wizualna, usuwanie błędów i artefaktów – przykłady
integracja:
0.1 nmi, cała kolumna wody od 5m pod powierzchnią do 10m nad dnem
0.5 nmi, warstwy 5-metrowe
Single targets (fish tracking):
TS(z)
histogramy TS na poszczególnych przekrojach
TS [dB]
-50
fish
copepod
-130
1
10
100
70 kHz
1000
120 kHz
f [kHz]
Abstract
Intro
M&M
•survey design
•acoustic data acquisition
•data pre-processing
•algorithms (fish concentration, biomass concentration,
volume sampled, fish biomass,...)
Results
Discussion&Conclusions
Integration:
odśmiecanie
algorytm eliminacji planktonu
usuwanie „drugiego” dna
inspekcja wizualna, usuwanie błędów i artefaktów – przykłady
integracja:
0.1 nmi, cała kolumna wody od 5m pod powierzchnią do 10m nad dnem
0.5 nmi, warstwy 5-metrowe
Single targets (fish tracking):
TS(z)
histogramy TS na poszczególnych przekrojach
Liczebność i biomasa ryb
Mapy rozkładów masy ryb wzdłuż przekrojów
Oszacowanie całkowitej masy ryb w fiordach w obu sezonach
Rozkłady biomasy z głębokością
Mamy w sumie około 120 mil przekrojów w obu fiordach w obu sezonach 2013 i 2014,
czyli około 1200 rekordów dla odcinków o długości 0.1 nmi.
dla każdego rekordu wyznaczamy z pomiarów akustycznych :
Sv – siła rozpraszania objętościowego
TS – siła celu
koncentracja ryb określonej frakcji w danym interwale
N fish ,i =
sV , i
σ bs , i
= fi
ze śledzenia pojedyńczych ryb
[m-3]
sV
σ bs , i
Niezależnie,
z pomiarów laboratoryjnych
akustycznych i rybackich
zależność ciężaru ryby
od jej długości
TS(L)=m log(L)+b
↓
L
W(L)=A LB
koncentracja biomasy ryb w danym interwale [g m-3]
M i = N fish ,i Wi
z integracji echa
m i b z literatury
(dla danego gatunku)
A i B z literatury albo od Darka
(dla danego gatunku)
Na każdym odcinku obliczamy też przesondowaną objętość,
sumując zatem kolejne odcinki przekroju znamy całkowitą masę
ryb i sumaryczną objętość. Suma objętości wszystkich
transektów danego fiordu i znajomość jego całkowitej objętości
pozwala aproksymować tonaż ryb w całym fiordzie.
200
Lmin = 6.1 cm
Lmax = 24.3 cm
W [g]
150
polar cod
trawl catch and linear regression method W(L)=A LB,
A=0.005, B=3.04, R=0.98
100
50
0
0
5
10
15
L [cm]
20
25
30
1500
W [g]
NOAA, Atlantic cod
Wigley S.E., McBride H.M., and McHugh N.J.,
Length-Weight Relationships for 74 Fish
Species Collected during NEFSC Research
Vessel Bottom Trawl Surveys, 1992-99, NOAA
Technical Memorandum NMFS-NE-171, March
2003
1000
500
0
0
10
20
30
L [cm]
40
50
-30
TS [dB]
-40
-50
-60
Atlantic cod
polar cod
-70
0
1
10
2
10
fish length [cm]
10
-30
TS [dB]
-40
-50
-60
Atlantic cod
polar cod
-70
10
20
30
TS_dorsz = 20 *log (L) - 68.9;
TS_dorszyk= 21.8 *log (L) - 72.7;
L [cm ]
40
50
60
fish length [cm]
70
80
90
100
Simmonds and MacLennan, 2005, Fisheries acousticss, Blackwell
Publishing, 437 pp.
Benoit, Simard, Fortier, Hydroacoustic detection of large winter
aggregations of Arctic cod (Boreogadus saida) at depth in icecovered Franklin Bay, Beaufort Sea), 2008, JGR, vol.113,
29-30.07.2015 łowiliśmy 13-23 mm TL dorszyki polarne - głównie w górnych 20m
Kongsfiord 2013 poprzeczka zewnętrzna
Kongsfiord 2013
15
10
2013
5
0
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
% udział
% udział
number of FT on 70kHz - 2980
10
number of FT on 70kHz - 592
5
0
-80
-10
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
-20
-10
Kongsfiord 2014 poprzeczka zewnętrzna
Kongsfiord 2014
15
10
0
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
% udział
2014
5
10
number of FT on 70kHz - 922
5
0
-80
-10
-70
-60
-50
-40
-30
Kongsfjorden
79.06
2013
79.04
Kongsfiord 2013 poprzeczka srodkowa
2014
15
79
2013
78.98
% udział
79.02
10
number of FT on 70kHz - 1527
5
78.96
0
-80
78.94
-70
78.92
-50
-40
-30
-20
-10
-20
-10
Kongsfiord 2014 poprzeczka srodkowa
78.9
78.88
78.86
11
-60
15
11.5
12
lon
12.5
2014
% udział
lat
% udział
number of FT on 70kHz - 5952
10
number of FT on 70kHz - 1306
5
0
-80
-70
-60
-50
-40
-30
Kongsfiord 2013 poprzeczka zewnętrzna
glebokosc [m]
0
100
2013
200
300
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
FT [dB]
Kongsfiord 2014 poprzeczka zewnętrzna
-25
-20
2014
100
200
-60
-50
-40
FT [dB]
-30
-20
-10
Kongsfiord 2013 poprzeczka srodkowa
0
2013
glebokosc [m]
300
-70
100
200
300
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
FT [dB]
Kongsfiord 2014 poprzeczka srodkowa
-30
-25
0
2014
glebokosc [m]
glebokosc [m]
0
100
200
300
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
FT [dB]
-35
-30
-25
-20
Kongsfiord 2014 profil podłuzny (rysowany wzdłuż długosci geogr.)
0
depth [m]
-30
100
-40
-50
200
-60
300
15
15.5
16
16.5
dlugosc geograficzna
wartosc =10 dla TS>=-55dB, wartosc -10 dla TS<-55dB
depth [m]
0
10
5
100
0
200
300
15
-5
15.5
16
dlugosc geograficzna
16.5
-10
biomass_fjord_total
biomass_fjord_total
po usunięciu outliers
fish biomass [tonnes]
a
b
biomass_fjord_total
po usunięciu outliers
z jednakowymi rozkładami TS
cdla całych fiordów
800
800
800
800
700
700
700
700
600
600
600
600
500
500
500
500
400
400
400
400
300
300
300
300
200
200
200
2014
K
200
100
100
100
100
d
biomass_fjord_total
<Sv>cały fiord *Voltotal
1
2
3
4
H
0
1 2 3 4
0
1 2 3 4
0
1 2 3 4
0
1 2 3 4
2013_K
2013_H
2014_K
2014_H